(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解洗浄液中で印刷用パターンマスクを一方電極とし、これに対向して他方電極を設け、両電極間に電圧を印加しながら前記電解洗浄液を前記印刷用パターンマスクに向けて供給することを特徴とする印刷用パターンマスクの洗浄方法。
【請求項２】
印刷用パターンマスクを陰極とし、他方電極を陽極とした請求項１記載の印刷用パターンマスクの洗浄方法。
【請求項３】
電解洗浄液は還流によって繰り返し印刷用パターンマスクに供給する請求項１または２記載の印刷用パターンマスクの洗浄方法。
【請求項４】
他方電極は、電解洗浄液の供給のための噴射ノズルを兼用した請求項１〜３のいずれか記載の印刷用パターンマスクの洗浄方法。
【請求項５】
噴射ノズルに代えて複数の電解洗浄液供給口を並列に設け、これらの供給口を印刷用パターンマスクの面をスクロールする方向に移動させる請求項４記載の印刷用パターンマスクの洗浄方法。
【請求項６】
印刷用パターンマスクを陰極とし、他方電極を陽極として、さらに前記印刷用パターンマスクを挟んだ側に別途陽極を形成した請求項２〜５のいずれか記載の印刷用パターンマスクの洗浄方法。
【請求項７】
電解洗浄液は導電性アルカリ溶液である請求項１〜６のいずれか記載の印刷用パターンマスクの洗浄方法。
【請求項８】
印刷用パターンマスクを一方電極とし、これに対向して他方電極を設け、両電極間に電圧を印加しながら前記電解洗浄液を前記印刷用パターンマスクに向けて供給することを特徴とする印刷用パターンマスクの洗浄装置。
【請求項９】
他方電極は、電解洗浄液の供給のための噴射ノズルを兼用した請求項８記載の印刷用パターンマスクの洗浄装置。
【請求項１０】
噴射ノズルの先端には、印刷用パターンマスクとの短絡を防止するための絶縁部を設けた請求項９記載の印刷用パターンマスクの洗浄装置。
【請求項１１】
噴射ノズルと印刷用パターンマスクは、それぞれＸＹ方向に相対移動可能に設けられる請求項９または１０記載の印刷用パターンマスクの洗浄装置。
【請求項１２】
印刷用パターンマスクを挟んで上側に噴射ノズルを、下側に電解洗浄液の受け皿を設け、前記印刷用パターンマスクを陰極とし、前記噴射ノズルおよび前記受け皿をそれぞれ陽極として電解洗浄する請求項９〜１１のいずれか記載の印刷用パターンマスクの洗浄装置。
【請求項１３】
噴射ノズルに代えて横長の電解洗浄液供給パイプを設け、この供給パイプには複数の電解洗浄液供給口を並列に設け、これらの供給口を印刷用パターンマスクの面をスクロールする方向に移動させる請求項９〜１２のいずれか記載の印刷用パターンマスクの洗浄装置。
【請求項１４】
複数の電解洗浄液供給口にはそれぞれ分割されて独立した陽極を設け、この分割した陽極を陰極である印刷用パターンマスクと対向させた請求項１３記載の印刷用パターンマスクの洗浄装置。
【請求項１５】
分割した陽極をそれぞれ別個に電流制御する請求項１４記載の印刷用パターンマスクの洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路の構成要素となる電子部品、集積回路等を回路基板にはんだ実装する際に、回路基板に実装用パターンを印刷するためのパターンマスクを洗浄する方法およびこれに利用する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路は、プリント基板に穿孔されたリード線挿入穴に電子部品等のリード線端子を自動挿入し、この端子をはんだ付けすることによって実装される。ところで、最近の電子機器の小型化に伴い、実装部品は集積回路化されることが多く、回路基板へこれらの部品の端子部を直接はんだ付けする方式に移行している。このため、回路基板のはんだ付け部には、必要とされる箇所にこれらの部品の形状に見合ったはんだ付け部の印刷装備が必要とされている。
【０００３】
そして、印刷装備にあたっては、固定した回路基板に、はんだ付け部の位置、形状に合わせてステンレス薄板を用いて印刷用パターンマスクを作成し、これをプリント基板に押し当ててスクイージで印刷パターンの複数の穴を通してはんだ付け用印刷ペーストを回路基板に塗布印刷し、印刷ペーストを乾燥した後にはんだ付け部としている。そして回路基板に対して印刷が繰り返されると、パターンマスクの穴に印刷ペーストが残留してしまい、穴形状の精度劣化が生じることになる。このため、パターンマスクは使用回数によって、あるいは印刷作業終了後に溶剤を含んだ布切れでペーストを清掃し、残渣を取り除き、繰り返し利用に供される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近の電子機器の小型化に伴い電子部品も小型化されているので、はんだ取り付け位置、形状の高精度化が要求されているが、必然的に印刷パターンの穴の形状の微細化と高精度化が進んでいる。即ち、この基板構成では印刷ペーストの残渣分の除去はますます困難になる。
【０００５】
ところで、印刷ペーストの残渣分を除去する方法において、従来のように布切れによる清掃では微細部の残渣を除去することは困難である。例えば、穴形状が角穴で、穴幅０．２５mm、長さ２mm、ピッチ０．５mm、または丸穴で直径０．４mm、ピッチ０．６５mmというような最近多く利用される印刷パターンでは布切れによる清掃を行っても、確実に残渣が除去されたことを目視によって確認することは困難であり、いきおい歩留まりに大きく影響することになる。従ってこれを適確かつ短時間に除去する方法および装置が最近では特に要望されている。
【０００６】
一方、使用後のパターンマスクを超音波洗浄する手段も公知であるが、一般にパターンマスクは枠体に張り付け、この枠体をはんだ付け部の印刷機に取り付け、印刷を行っている。従って、この場合パターンマスクを洗浄するには枠体ごと洗浄槽に浸漬しなければならないので洗浄槽が大きくなってしまう。また、超音波を用いるので枠体からパターンマスクが剥離するという問題もある。これを解消するには一度毎にパターンマスクを枠体から外して行わなければならないが、作業性が極めて悪い。
【０００７】
さらに、パターンマスクの穴が細密になればなるほど、超音波振動子による振動を必要な部分に伝播させることが困難になるという問題も有している。言い換えると、パターンマスクの素材であるステンレス薄板の厚みに対してパターンを構成する穴の寸法が細密になれば、超音波の陰影部が生じるので、この部分の洗浄効率は極端に低下してしまう。
【０００８】
本発明は上述した従来の技術における問題点を解決するものであり、パターンマスクの穴形状が微細化しても、簡単かつ低コストで印刷ペースト等の残渣分を除去することができる方法および装置を開示することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では上述した目的を達成するための方法として、電解洗浄液中で印刷用パターンマスクを一方電極とし、これに対向して他方電極を設け、両電極間に電圧を印加しながら前記電解洗浄液を前記印刷用パターンマスクに向けて供給するという手段を用いることとした。この手段によれば、両電極間に印加される電圧によって電位差が生じ、これによって印刷用パターンマスクに付着した残留はんだペースト等が電気分解され、効率よく洗浄を行うという機能を有する。また、印刷用パターンマスクを陰極とし、他方電極を陽極とする手段では、印刷用パターンマスク側の陰極に酸素が発生することがないのでマスク面の酸化腐食を回避することができる。さらに、他方電極に電解洗浄液の供給のための噴射ノズルを兼用する手段は、全体の構成を簡略にする機能を発揮する。
【００１０】
さらにまた、噴射ノズルに代えて複数の電解洗浄液供給口を並列に設け、これらの供給口を印刷用パターンマスクの面をスクロールする方向に移動させる手段では、一度のスクロールによってマスクの広い面を迅速に洗浄することができる。
【００１１】
また、印刷用パターンマスクを陰極とし、他方電極を陽極として、さらに前記印刷用パターンマスクを挟んだ側に別途陽極を形成して表裏から電解洗浄を行う手段では、別途電極と印刷用パターンマスク間の電気分解が補完的に機能することになり、より精度の高い洗浄を可能とする。電解洗浄液に導電性アルカリ溶液を用いる手段は、印刷用パターンマスクの腐食を抑制するものである。
【００１２】
一方、洗浄装置としては、印刷用パターンマスクを一方電極とし、これに対向して他方電極を設け、両電極間に電圧を印加しながら前記電解洗浄液を前記印刷用パターンマスクに向けて供給する手段を採用するが、短時間での精度の高い洗浄が可能となる。また、他方電極として電解洗浄液の供給のための噴射ノズルを兼用する手段は、装置の構成を簡易化する。さらに、印刷用パターンマスクとの短絡を防止するために、噴射ノズルの先端には絶縁部を設けるという手段を選択的に採用した。
【００１３】
噴射ノズルと印刷用パターンマスクをそれぞれＸＹ方向に相対移動可能に設ける手段では、洗浄位置を正確に決定する機能を発揮する。また、印刷用パターンマスクを挟んで上側に噴射ノズルを、下側に電解洗浄液の受け皿を設け、前記印刷用パターンマスクを陰極とし、前記噴射ノズルおよび前記受け皿をそれぞれ陽極として電解洗浄する手段では、受け皿と印刷用パターンマスク間の電気分解が補完的に機能し、より精度の高い洗浄を行う。
【００１４】
噴射ノズルに代えて横長の電解洗浄液供給パイプを設け、この供給パイプには複数の電解洗浄液供給口を並列に設け、これらの供給口を印刷用パターンマスクの面をスクロールする方向に移動させる手段を採用することによって、一度のスクロールで広い面を洗浄することができ、作業の効率化に資することになる。また、複数の電解洗浄液供給口にはそれぞれ分割されて独立した陽極を設け、この分割した陽極を陰極である印刷用パターンマスクと対向させる手段では、任意の位置だけを洗浄する機能を付与することができ、自動洗浄に適当な装置とすることができる。さらに、分割した陽極をそれぞれ別個に電流制御する手段は、より自動洗浄を可能とするものである
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面に従って説明する。先ず電解洗浄液としては一般に容易に入手することができるものを利用することで足りるが、本実施形態では自動食器洗浄機用の有機キレート剤とアルカリ剤とからなる無リン液体洗浄剤を浄水で１０倍に希釈したものを用いた。この電解洗浄液を貯槽に入れ、この貯槽から電解洗浄液を循環ポンプに連結した塩化ビニルチューブによって吸い上げて、循環ポンプの吐出口に連結した塩化ビニルチューブの先端に取り付けた電解洗浄液噴射ノズルから洗浄の対象であるパターンマスクに向けて噴射した。図１は噴射ノズル１の先端部の一例を示し、２は電解洗浄液供給管、３は陽極端子、４は絶縁メッシュ、５は陽極リード線である。その素材は、洗浄液に難溶性である金属またはカーボンを用い、絶縁メッシュ４はパターンマスクとの電気的短絡を回避するためのものである。
【００１６】
図２は装置全体の一例を示したもので、６は印刷用パターンマスク、７はパターンマスク係止台、８は陰極リード線、９は直流電源、１０は電解洗浄液の吸収受け皿、１１は電解洗浄液吸引管、１２は給送のための循環ポンプ、１３はフィルタ、１４は吸引ポンプ、１５は電解洗浄液槽、１６は液槽の温度コントローラ、１７は電解洗浄液である。そして、洗浄効果の確認のため、図３に示したようなパターン形状を付与したパターンマスク片を用いた。当該実施形態のパターンマスク片は、一般に入手できるステンレス鋼板で厚さ１８０μｍ、幅２０mm、長さ１２０mmのものの中央部に、矩形、丸形、三角形の穴をあけたものである。矩形穴は短辺０．２５mm、長辺２．０mm、ピッチ０．５mmであり、丸形は直径０．４mm、ピッチ０．６５mm、三角形は底辺２．３１mm、高さ２．０mm、ピッチ３．０mmに設定し、矩形穴は５０個、丸形穴は４列４０行、三角形穴は３列８行とした。
【００１７】
上記パターンマスク片の穴には、一般に広く使用されるペーストはんだであるＳｎ５０〜６０wt％、Ｐｂ２９〜３５wt％、Ａｇ１〜３wt％のボールはんだをジエチレングリコールモノヘキシエーテル２〜４wt％およびロジン５〜７wt％のペーストに混練したものを用い、これをパターンマスク片に塗りこめて２０時間室温で自然乾燥して試験片を得た。この試験片を図２の装置に設置し、噴射ノズル１から電解洗浄液を吐出させながら、噴射ノズル１とパターンマスク６間に電圧を印加して洗浄作業を行った。電圧の印加は、噴射ノズル１を陽極とし、パターンマスク６を陰極として直流電圧を印加したが、パターンマスク側に洗浄液の電気分解効果による水素が発生し、効率よく洗浄が行われた。
【００１８】
作業条件は、液温３０℃、液流量３３０cc毎分であり、噴射ノズルは先端外径５．０mm、内径３．０mmの鉛材であり、これを陽極として極間距離１．５mmで電流を０．５Ａ、１Ａ、２Ａ、３Ａとして行った。そしてパターンマスク片の丸穴部のペースト残留面積を評価し、図４のように０〜１０の偶数点として評価点を付与した。
【００１９】
図５は上記条件下で行った洗浄結果を示す。この結果で明らかなように、通電後約１０〜２０秒経過すれば洗浄が開始され、その後約１０秒で期待する洗浄効果に達することが分かる。洗浄開始までに要する時間はペーストの穴部への付着状況によって変わるが、洗浄が開始されて終了するまでの時間は大きく変わらない。従って、パターンマスクの穴部への残留ペーストの付着具合や乾燥具合、ペーストの種類、あるいは穴形状によって洗浄条件を適宜選択することにより、開始までの時間を短縮することができ、洗浄完了までの総時間も短縮することが可能となる。
【００２０】
ここで、パターンマスクの材料としては適宜選択することができるが、特にステンレス鋼板を用いる。この場合、パターンマスクを陽極にすると電気分解によってマスク周辺には酸素が発生するので、これに曝されたパターンマスクは酸化されてしまう。これを避けるため、パターンマスク側は陰極として水素を発生させることが好ましい。また、電解洗浄液自体に酸性のものを用いると、ステンレス鋼板が腐食するおそれがあるので、アルカリ溶液を用いることが好ましい。電解洗浄後には洗浄液を水洗し、乾燥することによってパターンマスクの付着物を除去することが可能となるが、一般に市販されている食器洗浄機用の洗浄液を希釈するだけで洗浄液を得ることができ、有機溶剤等を用いないので洗浄液自体の清掃も容易である。なお、洗浄液および通電方法等はあくまでも一例であって、上記実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
図６は本発明の別の実施形態における装置を示したもので、２２は印刷枠、２３はパターンマスクの張り付け枠、２４は洗浄液漏洩防止枠、２５は噴射ノズルの固定子スライド枠、２６は噴射ノズルの固定子、２７は噴射ノズルの固定子牽引ロープ、２８は滑車である。噴射ノズル１は単筒とし、材質は表面を電解酸化して過酸化鉛を生成した鉛材、またはカーボン材からなる不溶性陽極を用いている。パターンマスクに対向する先端部には極間の短絡を防止するために絶縁性樹脂等の絶縁メッシュ４を設けることは図１と同様である。供給管２が接続された噴射ノズル１の根元部は固定子２６に取り付けられる。固定子２６の両端には固定子牽引ロープ２７が設けられ、ロープを左右に牽引することによってスライド枠２５に沿って移動自在としている。一方、パターンマスク６は印刷枠２２に張り付け枠２３を介して張り付けられるが、印刷枠２２は噴射ノズル１の左右への移動に対応して直角方向の前後に移動自在とされる。
【００２２】
上記図６の装置の動作は、パターンマスク６の一方端に噴射ノズル１を設定し、給送ポンプ１２および吸引ポンプ１４を作動させ、この状態で噴射ノズル１から洗浄液をパターンマスク６に向けて噴射する。そうすると、パターンマスクの穴部を通過した洗浄液は吸引受け皿１０および吸引管を通して吸引ポンプ１４によって洗浄液槽１５に還流される。そして噴射ノズル１とパターンマスク６の間に直流電源９から電圧を印加すると、電気分解によってパターンマスク６の周囲に水素ガスの気泡が発生し、洗浄が行われる。続いて固定子２６を左右方向における他端に移動させ、到達した後の復路移動開始時に印刷枠２２を前後方向の一行分だけ移動をさせる。これによってパターンマスク６をＸＹ軸方向へ段階的に移動させることができるので、全面洗浄が可能となる。なお、ＸＹ軸方向の移動速度などの諸条件は、パターンマスクに対する穴形状や個数に応じて適宜設定することができるのはいうまでもない。
【００２３】
次に、図７は洗浄部の別実施形態を示したもので、大型のパターンマスクを洗浄する場合に適用する一例である。この実施形態では、横長の洗浄液の供給パイプ２９を用いた。３０は陽極リード線取付端子、３１は導電性電極、３３は洗浄液供給口、３４は洗浄液供給溝である。そして供給パイプ２９に横長の電極３１を接着する。また、供給パイプ２９および電極３１には連接した供給口３３を並列に設け、下端面には供給溝３４を横長に設ける。陽極リード線取付端子３０は、供給パイプ２９が絶縁性材料からなる場合に陽極リード線を取り付けるためのものである。
【００２４】
このようにすれば、パターンマスクおよびその張り付け印刷枠が大型であっても、洗浄液は供給パイプ２９から並列に設けられた供給口３３から吐出されることになるので、横方向に幅広く洗浄が可能であり、先の実施形態では噴射ノズルに対してＸＹ方向にパターンマスクを移動させる必要があったものが、Ｙ方向のみにスクロールするように移動させることで足りる。従って、パターンマスクが大型であっても作業時間は却って短縮することができる。なお、その他の構成については先の実施形態の構成がそのまま適用されることになる。
【００２５】
続いて、図８にはさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、パターンマスク６を挟んで第２の陽極を下側に設けたものである。図中、３５は絶縁メッシュ枠、３６は絶縁メッシュ、３７は受け皿用絶縁メッシュ枠、３８は受け皿用絶縁メッシュ、３９は受け皿陽極板、４０は受け皿陽極リード線である。そして、パターンマスク６を陰極とし、受け皿部分を陽極とすることによって、第１の実施形態における電解洗浄が終了した洗浄液を再度電気分解し、裏側からも補完的に洗浄しようとしている。なお、受け皿陽極板３９は先の噴射ノズルと同様に、腐食等を回避するために過酸化鉛を表面に形成した鉛材やカーボン材によって構成する。
【００２６】
図９は図７の変形例を示すもので、図中５ａ〜５ｄは陽極リード線、３１ａ〜３１ｄは導電性陽極、３２は絶縁性接着層である。このように陽極を供給口３３に対応して分割すると、並列した供給口３３に対してそれぞれ別個に陽極が付与されることになるので、Ｙ方向の洗浄作業において任意の陽極だけに電圧を印加することが可能となり、必要箇所だけの部分的な洗浄も行うことができるようになる。また、陽極を分割することによって、陽極と陰極間に発生する電気分解を安定して制御することも可能となり、洗浄精度を高く維持することも可能となる。
【００２７】
次に図１０では図９の分割された陽極に対する電気的制御のための回路の一例を開示する。図において、４１はトランス、４２はダイオード、４３・４４はトランジスタ、４５は電流検出抵抗、４６は整流回路、４７は電源のスイッチ回路、４８は定電流回路、４９ａ〜４９ｃはそれぞれ陽極に対する電流供給スイッチ回路、５０ａ〜５０ｃはそれぞれ陽極端子、５１ａ〜５１ｃはそれぞれ陰極端子である。この回路構成において、電源供給スイッチ回路４９ａ〜４９ｃを個別に制御すれば、任意の陽極・陰極間に安定して電圧を印加することができる。即ち、このスイッチ回路４９ａ〜４９ｃの制御によって任意の部分について選択的に洗浄を行うことができるので、プログラムによってこれらスイッチを制御すれば任意箇所の自動洗浄も可能となる。
【００２８】
上述した各実施形態によって電解洗浄を行った後に洗浄液を水洗する場合には、電解洗浄液槽１５を別個に設けた水洗槽に置換し、同様の作業を行うことによって簡易に水洗が可能となる。または、洗浄液と真水の２系統を並列して設けておき、必要に応じて系統を切り替えることでも同様の水洗作業が可能である。なお、水洗は温水によることもある。さらに、水洗後にさらに乾燥のために温風を送風することが作業時間の短縮に好ましいが、これを１系統増やして適宜選択することも可能であることはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明方法および装置によれば、洗浄液として有機溶剤を用いることなく一般に広く使用されている水溶性の洗剤を利用するだけで極めて良好な付着物の洗浄が可能となり、従来の有機溶剤を利用していた例と比較して環境保護にも資することが可能となった。また、噴射ノズルに代えて幅広の洗浄液供給パイプから複数の吐出口（供給口）を通じて洗浄液を供給する場合には、極めて効率のよい洗浄が可能となった。さらに、複数の供給口に対応して分割された電極を設ける構成では、洗浄箇所を選択することができ、これを予めプログラミングすることによって効率がよい自動洗浄が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の噴射ノズルの一実施形態を示す断面図
【図２】本発明装置の一実施形態を示す概略図
【図３】印刷用パターンマスクの一試験片を示す平面図
【図４】図３における丸形穴の残留ペーストの推移を示す説明図
【図５】洗浄効果を示すグラフ
【図６】ａは装置の別実施形態を示す平面図、ｂは同側面図
【図７】ａはさらに別の実施形態を示す一部正面図、ｂは同側面図、ｃは同平面図
【図８】印刷パターンマスク付近を詳述した断面図
【図９】ａは図８の変形例を示す一部正面図、ｂは同側面図、ｃは同平面図
【図１０】図９の電極を制御するための回路の一例
【符号の説明】
１      噴射ノズル
２      電解洗浄液供給管
３      陽極端子
４      絶縁メッシュ
５      陽極リード線
２４      洗浄液漏洩防止枠
２５      固定子スライド枠
２６      固定子
２７      固定子牽引ロープ
２８      滑車
２９      供給パイプ
３０      陽極リード線取付端子
３１      導電性電極
３３      洗浄液供給口
３４      洗浄液供給溝
４１      トランス
４２      ダイオード
４３・４４    トランジスタ
４５      電流検出抵抗
４６      整流回路
４７      スイッチ回路
４８      定電流回路
４９ａ〜４９ｃ      電流供給スイッチ回路
５０ａ〜５０ｃ      陽極端子
５１ａ〜５１ｃ      陰極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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